생산 문제의 배경
얼굴 보습제, 바디 버터, 헤어 컨디셔너 등 개인 위생 용품을 전문으로 생산하는 한 제조업체는 기존 혼합 장비의 품질 및 효율성 문제로 어려움을 겪었습니다. 5년 이상 동안 이 시설은 300L에서 800L까지의 배치 생산을 위해 두 개의 전통적인 패들 믹서와 외부 균질기를 사용했습니다. 고품질의 안정적인 제형에 대한 소비자 수요가 증가함에 따라, 일일 생산 요구량이 15톤에서 28톤으로 증가하면서, 기존 시스템의 한계가 점점 더 심각해졌습니다.
첫째, 불균일한 유화 품질. 외부 균질기는 반혼합된 재료를 호스를 통해 별도의 장치로 옮겨 균질화해야 했습니다. 이 과정은 종종 온도 변동(이송 시간으로 인해)과 불일치한 전단력을 생성하여 배치 중 12-15%가 품질 검사에 실패했습니다. 이는 일반적으로 얼굴 보습제에서 보이는 입자 또는 3개월 이내의 바디 버터 분리 때문이었습니다.
둘째, 낮은 생산 효율성. 2단계 혼합-균질화 공정은 배치 시간을 상당히 연장했습니다. 헤어 컨디셔너의 표준 500L 배치는 90분(혼합 40분, 이송 25분, 균질화 25분)이 소요되어 시설은 하루에 8개의 배치만 처리할 수 있었습니다. 또한, 외부 균질기 및 이송 호스 청소에 배치당 45분이 추가되어 생산 일정이 더욱 지연되었습니다.
셋째, 높은 에너지 및 인건비. 외부 균질기는 18kW로 작동하는 반면, 패들 믹서는 각각 12kW를 사용했습니다. 이는 높은 에너지 소비로 이어졌습니다. 또한, 이송 과정에는 호스를 모니터링하고 균질기 설정을 조정하기 위해 교대 근무당 두 명의 추가 작업자가 필요하여 단일 단계 시스템에 비해 인건비가 30% 증가했습니다.
2. 상부 투입형 균질 유화기 선택 및 통합
다양한 장비 유형에 대한 3개월간의 현장 시험을 실시한 후, 제조업체는 세 개의 상부 투입형 균질 유화기를 채택했습니다. 선택된 시스템의 주요 특징은 다음과 같습니다. 수직으로 장착된 균질 헤드(4단계 로터-스테이터 구성), 가변 속도 제어(500-6,000rpm), 내장 온도 모니터링, 기존 300L-800L 탱크와의 호환성. 이 결정은 유화 품질 문제를 해결하고, 생산을 단일 단계로 간소화하며, 에너지 사용을 줄여야 할 필요성에 의해 이루어졌습니다.
통합 과정은 7일이 소요되었으며 세 가지 중요한 단계에 중점을 두었습니다.
- 탱크 개조: 기존 탱크는 유화기의 무게(장치당 약 350kg)를 지지하고 작동 중 오염을 방지하기 위해 밀봉된 포트를 위해 강화된 상단 플랜지로 개조되었습니다. 각 탱크에는 실시간 모니터링을 위해 유화기의 제어 패널에 연결된 온도 센서도 장착되었습니다.
- 시스템 보정: 엔지니어는 균질기의 로터-스테이터 간극을 조정(미세 유화의 경우 0.2mm로 설정)하고 다양한 제품에 대한 속도 프로파일을 테스트했습니다. 예를 들어, 얼굴 보습제는 5,500rpm의 균질화 단계가 필요했고, 바디 버터는 지방 성분의 과도한 전단을 방지하기 위해 3,800rpm의 낮은 속도가 필요했습니다.
- 직원 교육: 생산 팀은 다양한 점도에 대한 속도 조정, 일반적인 문제 해결(예: 부적절한 로터 깊이로 인한 캐비테이션) 및 통합 시스템의 위생 프로토콜과 같은 주제를 다루는 4일간의 실습 교육을 받았습니다.
3. 실제 적용 과정 및 결과
3.1 대량 배치 생산(예: 600L 헤어 컨디셔너)
상부 투입형 균질 유화기는 생산 워크플로우를 단일하고 효율적인 단계로 변환했습니다.
- 원료 준비: 오일상 성분(예: 세틸 알코올, 실리콘 오일)과 수용상 성분(예: 탈이온수, 글리세린)은 유화기 헤드가 1.2m까지 올려져 방해를 피하면서 별도의 포트를 통해 탱크에 직접 추가되었습니다.
- 혼합 및 균질화: 유화기는 최적의 깊이(600L 배치에 대해 액체 표면 아래 30cm)로 낮추고 초기 혼합을 위해 1,200rpm으로 활성화되었습니다. 온도가 75°C에 도달하면(내장 센서를 통해 모니터링), 이송의 필요성을 없애기 위해 22분 동안 4,800rpm으로 속도를 높여 균질화했습니다.
- 냉각 및 마무리: 균질화 후, 속도는 냉각을 위해 800rpm으로 줄였고(탱크의 재킷 시스템의 도움을 받아), 방부제/향료는 40°C에서 추가되었습니다. 전체 배치 과정은 58분이 소요되었으며, 이는 이전의 2단계 시스템보다 40% 더 빨랐습니다.
- 청소: 유화기 헤드는 탱크에서 들어 올려졌고, 고압 스프레이 시스템(탱크 상단에 통합)이 15분 만에 로터-스테이터를 청소했습니다. 이송 호스에 대한 추가 청소는 필요하지 않아 배치 후 시간을 67% 단축했습니다.
3.2 고급 제품의 품질 개선(예: 300L 얼굴 보습제)
이전에는 얼굴 보습제가 입자 문제로 인해 광범위한 재작업이 필요했습니다. 상부 투입형 유화기를 사용하면:
- 4단계 로터-스테이터 디자인은 일관된 전단력을 생성하여 입자 크기를 5-10 μm(레이저 입자 분석기를 통해 측정)로 줄였습니다. 이는 가시 입자에 대한 20 μm 임계값보다 훨씬 낮습니다.
- 배치 실패율이 14%에서 2%로 감소했고, 안정성 테스트 결과 최대 12개월 동안 분리가 나타나지 않았습니다(기존 시스템에서는 3개월). 소매업체는 제품 질감과 관련된 고객 불만이 25% 감소했다고 보고했습니다.
3.3 장기적인 운영상의 이점
8개월 이상 사용한 결과, 상부 투입형 균질 유화기는 측정 가능한 개선을 제공했습니다.
- 효율성 향상: 일일 배치 수가 8개에서 14개로 증가하여 시설은 추가 교대 근무 없이 28톤의 일일 생산 목표를 달성할 수 있었습니다.
- 비용 절감: 단일 단계 공정 및 가변 속도 제어로 인해 톤당 에너지 소비량이 28% 감소했습니다(120kWh/톤에서 86kWh/톤으로). 이송 및 청소에 필요한 작업자 수가 줄어 인건비가 22% 감소했습니다.
- 지속 가능성: 배치 실패 감소로 원료 폐기물이 18% 감소했고, 이송 호스 제거로 플라스틱 폐기물이 월 300kg 감소했습니다.
- 신뢰성: 유화기는 98%의 가동률로 작동했으며, 사소한 유지 보수만 필요했습니다(예: 스테이터 씰 교체는 3개월마다 필요하며, 장치당 2시간 미만이 소요됨).
4. 적용 사례의 주요 통찰력
상부 투입형 균질 유화기는 혼합과 균질화를 단일하고 제어된 공정으로 통합하여 제조업체의 핵심 과제를 해결했습니다. 별도의 장비에 의존하는 기존 시스템과 달리, 이 설계는 일관된 전단력과 온도 제어를 보장했습니다. 이는 품질과 안정성이 소비자 신뢰에 직접적인 영향을 미치는 개인 위생 용품에 매우 중요합니다. 불균일한 유화 품질, 비효율적인 다단계 공정과 같은 유사한 문제에 직면한 제조업체의 경우, 이 사례는 상부 투입형 균질기가 운영 효율성과 실질적인 제품 품질 개선을 모두 제공하여 고생산량, 품질 중심 생산의 요구 사항에 부합할 수 있음을 보여줍니다.
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